CC BY
9
Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, assistant, S. V.Kuzmina@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Prokhorova Daria Mikhailovna, student, dashamayer 71 @mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.311
ДИАГНОСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
В.М. Степанов, Н.А. Свистунов
Рассмотрены требования и перспективное решение по диагностике и управлению режимами работы электромеханических и электротехнических систем автономных источников электроэнергии для собственных нужд объектов газораспределительных сетей.
Ключевые слова: газораспределительная сеть, автономные источники энергии, частичные разряды, диагностика, перестраиваемый тиристорного преобразователя частоты.
Потребности промышленного производства и бытового использования увеличиваются с каждым днём, что в свою очередь требует постоянного ввода в эксплуатацию новых генерирующих мощностей. Благодаря ряду преимуществ, таких, как универсальность, удобство доставки к конечному потребителю, налаженная генерация и простота преобразования в другие виды энергии, наиболее востребованным видом энергии является электрическая энергия.
Акционерное общество «Газпром - газораспределение - Тула» эксплуатирует одну из наиболее протяженных газораспределительных сетей в России, включающую более 14 тысяч километров газопроводов. Из-за устойчивой тенденции снижения надежности электроснабжения и удаленности от внешних сетей в компании было принято решение о развитии собственной энергетической базы на основе применения собственных источников электрической энергии. Основываясь на анализе и определенном опыте России и европейских стран внедряются не только традиционные энергоустановки, но и энергоустановки на базе возобновляемых источников энергии.
На объектах АО «Газпром - газораспределение - Тула» уже применяются автономные источники электроэнергии для собственных нужд объектов газораспределительных сетей на базе микротурбогенераторной установки и солнечной панели с накопителем (рис. 1), которые позволяют комплексно решить вопрос формирования эффективных автономных источников электроэнергии для собственных нужд объектов газораспределительных сетей за счёт использования энергии редуцирования природного газа для выработки электрической энергии в турбогенераторах [1].
Однако для достижения наибольшей эффективности и надёжности функционирования необходима система, обеспечивающая диагностику технического состояния электромеханических и электротехнических систем автономных источников электроэнергии под нагрузкой без вывода электроаппаратов из работы и непрерывный контроль и определение отказов электрооборудования, а также требуемого уровня надёжности и гибкости контроля, прогнозирования и управления режимами их работы тем самым увеличивая их срок службы (рис. 1).
96
Рис. 1. Принципиальная схема микротурбогенераторной установки: 1 - турбина; 2 - электрогенератор; 3 - регулятор давления; 4 - регулирующий клапан; 5 - подогреватель газа; 6 - газопровод высокого давления; 7 - байпасный трубопровод; 8 - регулятор давления; 9 - байпасный клапан; 10 - газопровод низкого давления; 11 - электрический преобразователь; 12 - солнечная панель; 13 - безредукторный реактивно-вентильный электродвигатель устройства поворота солнечной панели; 14 - накопитель электрической энергии; 15 - обмотка возбуждения реактивно-вентильного генератора электрической энергии; 16 - обмотка возбуждения реактивно-вентильного электродвигателя
Из существующих методов контроля технического состояния электрооборудования как наиболее перспективный зарекомендовал себя метод диагностики по результатам измерения характеристик частичных разрядов. Непрерывный контроль уровня частичных разрядов в изоляции электрооборудования позволит диагностировать её дефекты на ранней стадии и не допустить аварии [2].
Также в системах контроля и управления всё чаще используются технологии промышленного интернета.Их можно условно разделить на несколько уровней: уровень датчиков и сенсоров, снимающих характеристики с оборудования, уровень коннекторов и оборудования, способного передавать полученные данные через ОБМ-каналы связи на уровень цифровой платформы, где аккумулируется, хранится и обрабатывается полученная информация. Разместив в электрооборудовании системы постоянно находящиеся на связи датчики регистрации параметров электротехнических устройств, мы можем дистанционно и детально контролировать состояние данных устройств.
Коммутатор, снабженный цифровым интерфейсом, через устройство передачи данных по ОБМ-каналам связи, передаёт полученную информацию на цифровую платформу (облачное хранилище данных, сервер и т.п.) Преимуществом данного устройства является возможность непрерывной диагностики оборудования, не требующей вывода контролируемых объектов из работы. Сигнал об уровне частичных разрядов подаётся на вход коммутатора и в зависимости от уровня частичных разрядов коммутатор либо оставляет схему в первоначальном виде, либо при отличии уровня ЧР от нормы для данной подстанции, отключает от схемы общую точку контроля подстанции и начинает поочерёдный контроль аппаратов, входящих в структуру подстанции. При переключении между контролируемыми аппаратами учитываются их конструктивные особенности: для аппаратов без ёмкостных делителей в конструкции применяется схема с ёмкостными делителями, а для аппаратов с встроенными ёмкостными делителями без [3].
Использование перестраиваемого тиристорного преобразователя частоты (рис.2), который имеет повышенную энергоэффективность по сравнению с традиционным, позволит более гибко управлять переключениями вэлектромеханических и электротехнических системахавтономных источников электроэнергиидлясобственных нужд объектов газораспределительных сетей.
Объединив вышеперечисленное, получаем устройство для непрерывного контроля сигнала частичных разрядов и обнаружения их очага в условиях эксплуатации и управления режимами работы электромеханических и электротехнических систем автономных источников электроэнергии (рис. 3).
Рис. 2. Принципиальная схема перестраиваемого тиристорного
преобразователя частоты
Рис. 3. Перспективная схема устройства непрерывного контроля сигнала частичных разрядов и обнаружения их очага в условиях эксплуатации и управления режимами работы электромеханических и электротехнических систем автономных источников электроэнергии
Предложенное устройство работает следующим образом. В локальной части очага возникают импульсы тока частичных разрядов. Они индуцируют импульсные то-кичастичных разрядов в активной части электроаппаратов и через щупы 5, 6, 7, следовательно, и через входы для получения сигнала с щупов 8, 9, 10, сигнал поступает на вход коммутатора 1, затем через коммутатор 1 поступает на ёмкостные делители 2, а с них в низковольтные измерительные трансформаторы напряжения 3, обмотки которых соединены по схеме «разомкнутого треугольника» Включенный в разрыв «треугольника» регистратор частичных разрядов 4 измеряет уровень сигнала этих частичных разрядов на фоне шумов и помех. Выделение собственных сигналов частичных разрядов производят стандартными методами. Затем сигнал от регистратора частичных разрядов 4 поступает на вход коммутатора 1 и в случае отличия сигналов частичных разрядов от нормы подаёт сигнал на перестраиваемый тиристорный преобразователь частоты 12 для управления режимами работы.
98
Таким образом, данное устройство позволяет контролировать уровень сигнала частичных разрядов системе электротехнических аппаратов, выявлять источник повышенного уровня частичных разрядов и повышать эффективность работы электрических аппаратов электромеханических и электротехнических систем автономных источников электроэнергии, путём своевременного обнаружения и устранения дефектов возникающих в устройствах при эксплуатации, а также обеспечивает требуемый уровень надёжности и гибкости контроля, прогнозирования и управления режимами их работы, тем самым увеличивая их срок службы.
Список литературы
1. Пахомов С.Н. Определение структуры и функциональных связей электромеханических и электротехнических систем автономных источников электроэнергии для собственных нужд объектов газораспределительных сетей // Известия тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 6. С. 407-411.
2. Степанов В.М., Судавный А.С. Устройство для определения элементов с повышенным уровнем частичных разрядов в электротехнических системах // Известия тульского государственного университета. Технические науки, 2017. Вып. 12. Ч. 1. С. 168-174.
3.Степанов В.М., Судавный А.С. Применение технологии промышленного интернета для повышения эффективности технического обслуживания и эксплуатации силовых подстанций // Известия тульского государственного университета. Технические науки, 2017. Вып. 12. Ч. 1. С. 175-178.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Свистунов Николай Андреевич, аспирант, svistunoff.nick@yande.x.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DIAGNOSTICS AND MANAGEMENT OF THE OPERATION MODES OF ELECTROMECHANICAL AND ELECTRICAL SYSTEMS WITH AUTONOMOUS SOURCES OF ELECTRICAL ENERGY FOR GAS DISTRIBUTION NETWORK
V.M. Stepanov, N.A. Svistunov
Requirements and a promising solution for the diagnosis and control of operating modes of electromechanical and electrical systems with autonomous sources of electrical energy for gas distribution network are considered.
Key words: gas distribution network, autonomous energy sources, partial discharges, diagnostics, tunable thyristor frequency converter.
Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, the head of department, energy@tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Svistunov Nickolay Andreevich, postgraduate, svistunoff.nick@yandex.ru, Russia, Tula, Tula state University
